我国是天文学发达最早的国家之一。早在六七千年前的新石器时代，就已经有了东、西、南、北四个方位的观念，并且逐步形成了确定方位的方法。以后，人们又发现北极星恒定在北方的方位，而北斗星一直在北极星的附近，指示着北极星的方位，夜间可以用它来判知东、西、南、北。早期的航海者就是利用这些知识来指引航向的，这也可以说是航海天文学的开端。
在古代，天文导航又叫过洋牵星，它包括观测方向和方位两个部分。我国最迟在公元前2世纪的西汉初期就已经利用天文知识来导航了。当时的著作《淮南子》一书里说：“如果乘船的人分辨不清方向，只要观测北斗星和北极星就可以明北斗七星白了。”东晋访问印度和斯里兰卡的高僧法显在5世纪初乘船回国，他在《历游天竺记传》中记述这段历程的时候也说：大海之中弥漫没有边际，无法分辨东西，只有依靠日、月和星辰来指示航向。如果在阴雨天气，看不到日、月和星辰，就可能被风吹离航线，迷失方向……
只有等到天晴以后才能重新辨认方向，有希望恢复正确的航向前进。
这表明天文导航是当时的唯一方法。
天文导航的方法在指南针用在航海上以后，仍旧没有被遗弃，而是继续得到充实和发展，跟指南针配合使用，相得益彰，把导航技术推向一个新的阶段。
我国有重视观测星辰的优良传统。历史上对星辰的观测，不但在陆上进行，而且很早就在海上进行。
在《汉书·艺文志》中，已经列有《海中星占验》、《海中五星经杂事》、《海中五星顺逆》、《海中二十八宿国分》、《海中二十八宿臣分》、《海中日月彗虹杂占》等书目，表明当时在海中观测星象的工作已经受到相当重视。北齐的民间天文学家张子信，在一个海岛上对日月五星进行了30多年的观测。这一在海中观测星辰的传统，为我国古代航海天文学的发展奠定了坚实的基础。
同时，我国历史上的测量数学非常发达，西晋的著名数学家刘徽就著有一部《海岛算经》（又称《重差》）的数学著作，内容是测量目的物的高和远的计算方法，其中包括测量太阳的高和远的方法。唐朝的著名天文学家一行组织人力对地球子午线进行了世界上第一次的测量和计算。元朝的著名天文学家和数学家郭守敬又进行了大规模的大地测量。
随着航海事业的发展，人们终于把天文学和计算数学应用在航海上，形成了称做“牵星术”的天文航海技术，用来测定船舶在海中的方位。也就是以“牵星高低为准”，通过所测量的星斗高低位置，来计算船舶跟陆地距离的远近，再从观测日月的出没，或者指南针的指向作用而得知方向，就可以确定船舶郭守敬是元代著名科学家在海中的位置了。就像巩珍在《西洋番国志·自序》里所说的：“在大海中航行，只见浩渺无际，水天相连，什么也看不到，只有观察日月升降来辨别东西，观测星斗高低来度量远近。同时，在刻着方向位置的木制地盘上放着水浮指南针，用来指引航向。”
大约在元明时期，我国开始利用牵星术来观测船舶所在地的地理纬度。牵星术是利用一种叫牵星板的简便工具来进行的。据明朝李诩的《戒庵老人漫笔》记载，牵星板用乌木制成，一副是12块正方形木板，从小到大，最小的每边大约2厘米，每块大约递增2厘米，最大的每边大约22厘米。它的单位叫做指，分别是一指、二指一直到十二指，一指相当于现在的一度半左右。另外又有用象牙制成的一个小方块，大约6厘米长，四角刻有缺口。缺口四边的长度分别是半角、一角、二角、三角，一角是四分之一指。使用的时候左手拿着牵星板一端的中心，手臂伸直，让木板的下边缘保持水平线，上边缘对准所观测的星辰，这样就可以测出船舶所在地所看到的星辰距离水平线的高度。高度不同可以用12块牵星板或象牙板替换调整。在测得星辰高度以后，就可以计算出船舶所在地的地理纬度。
元代以测量天体高度来判认船位变化的记载就十分明确了。据马可·波罗乘坐中国海船的远航纪实文字可知，中国航海者已非常注意观测北极星的高度变化。在马可·波罗游记一书中，共有四处关于星体出地（或出水）高度的记载，其中三处有具体数值：“科马利（今科摩林岬）是印度之一国，在爪哇看不见的北斗星，在距这里三十迈尔的海上，可见其出地平一古密”；
“这里（指马里八儿，今印度西南马拉巴海岸）北极星最高时达水面之上二古密”；“这里（指胡萘辣，今印度卡提阿瓦半岛）北极星上升到六古密高”；“这里（坎巴夷替，今印度坎巴）北极星更明，盖因更向西之故”。鉴于《马可·波罗游记》在西方影响很大，故各种版本、译本众多，译法亦各有千秋，甚至有显著差异。这种情况在国内现存的译本中也反映了出来。
过洋牵星板
马可·波罗于1292年从福建泉州港启航，利用护送蒙古公主阔阔真去波斯的机会踏上了返回家乡的归途。元代的泉州港是国内最大的国际贸易港口，远洋船舶精良，航海技术人才荟集，马可·波罗一行之所以千里迢迢选择此地登船是很有道理的。《马可·波罗游记》中有关北极星高度的记载，很可能也正是当时福建泉州一带海员在远洋中观测天体高度所留下的记载。
这一点，我们可以从前已提及的宋代泉州海员所拥有的量天尺中得到印证。
从文献角度看，元代确也出现了使用量天尺的明确记载，明嘉靖本《太仓县志》卷4中说：“鲛印兼斤传海上，海人一尺立阶前，娄江码头天下少，春水如天即放船。”“海人一尺立阶前”，意谓航海者手持一把尺站在船头。航海者站在船头是为了掌握行船航向，他手中的尺子便是量天尺。